光網絡技術發(fā)展與展望
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1、40 Gbit/s系統(tǒng)的發(fā)展和應用
40 Gbit/s系統(tǒng)主要具有如下優(yōu)勢：可以更有效地使用傳輸頻帶，頻譜效率較高；當40 Gbit/s系統(tǒng)的成本降到10 Gbit/s系統(tǒng)成本的2.5倍以下時，便可以實現(xiàn)大規(guī)模商用，從而降低傳輸成本；1個網元代替4個網元，可以減少OAM成本、復雜性以及備件數(shù)量；可以有效減少IP鏈路數(shù)量，提高節(jié)點的擴展性，改進核心網的效率和功能。
近年來，以P2P為代表新的互聯(lián)網應用的普及導致IP流量持續(xù)快速增加，以10 Gbit/s為基礎的現(xiàn)有長途WDM網絡已經呈現(xiàn)出“力不從心”的狀態(tài)，部分段落80×10 Gbit/s容量已經用完，對40 Gbit/s WDM系統(tǒng)的需求與日俱增，其應用已經被提到日程上來。
除市場需求因素外，影響40 Gbit/s系統(tǒng)應用的主要因素是技術、價格和光纜線路的PMD（極化模色散）性能。首先，從技術方面來看，40 Gbit/s系統(tǒng)經過多年的發(fā)展，在技術上有了長足的進步?？梢詰糜诓煌瑘鼍暗亩喾N調制技術（如DQPSK、DP-QPSK、DRZ、DPSK、ODB等）已經商用或接近商用，各種適用于40 Gbit/s的有源和無源器件大量問世使成本快速下降，并且各種器件的功率平坦度、非線性、色度色散、極化模色散性能明顯改進，從而使系統(tǒng)設計的功率余度要求可以適度放寬。特別是DQPSK、DP-QPSK調制技術、電子色散補償和超級帶外FEC編碼等一系列新技術的突破和成熟為長途應用的性價比改進提供了堅實的基礎。DP-QPSK的色度色散容限已經達到50000 ps/nm，PMD容限已經達到25 ps，具備了十分良好和寬松的實際網絡應用基礎。各種超級帶外FEC編碼的凈增益已經達到10 dB左右，為實際系統(tǒng)的設計提供了足夠的功率預算。其次，從成本方面來看，各種器件技術的性能改進和量產的加大，整個系統(tǒng)的成本已經降到10 Gbit/s系統(tǒng)的3.5～4.5倍，盡管離規(guī)模應用的2.5倍門限值還有差距，但是已經處于可以啟動階段。最后，從光纜的PMD特性來看，當速率提高到40 Gbit/s后，PMD受限將導致傳輸距離隨傳輸速率的平方關系成反比例減少，傳輸距離將減少到1/16，且二階PMD的影響變大。我國光纜網的PMD特性究竟能否有效支持40 Gbit/s的長距離傳輸，需要進行大規(guī)模的實地測試后才知道。近來在中國電信進行的實際研究結果表明，我國京廣線以東地區(qū)敷設的多數(shù)光纜的PMD性能基本能夠滿足40 Gbit/s的傳輸要求，即便少數(shù)光纜性能不好，也可以通過跳纖的方式來滿足40 Gbit/s的傳輸要求，因此光纜的PMD特性也不再是主要的應用障礙。
可見，無論是市場需求，還是技術、成本、光纜PMD都證明，以40 Gbit/s為基礎的WDM系統(tǒng)的應用已經迫在眉睫。然而，在具體應用上還存在彩光口和白光口之爭，雖然目前沒有定論，但從國內外主導運營商的實踐和觀點看，認為40 Gbit/s彩光口主要適用于城域網領域且已經成熟可用，而40 Gbit/s白光口主要適用于長途網領域，目前已經趨近成熟。
此外，關于100 Gbit/s以太網近期報導非常多。美國貝爾實驗室創(chuàng)造了100 Gbit/s以太網傳輸2000 km的實驗室世界記錄，其采用50 GHz間隔、DQPSK調制格式，主要用于數(shù)據中心間的通信連接。然而，100 Gbit/s以太網真正進入規(guī)?；逃眠€需要解決很多技術問題，需要走很長一段路程。
2、從點到點傳輸走向動態(tài)傳送聯(lián)網
普通的點到點波分復用通信系統(tǒng)盡管有巨大的傳輸容量，但只提供了原始的傳輸帶寬，需要有靈活的節(jié)點才能實現(xiàn)高效的靈活組網能力。隨著網絡業(yè)務向動態(tài)的IP業(yè)務的繼續(xù)匯聚，一個靈活、動態(tài)的光網絡是不可或缺的，最新發(fā)展趨勢是引入自動交換光網絡（ASON），使光聯(lián)網從靜態(tài)光聯(lián)網走向動態(tài)交換光網絡。這樣帶來的主要好處有：簡化網絡和節(jié)點結構，優(yōu)化網絡資源配置，提高帶寬利用率，降低建網初始成本；實現(xiàn)規(guī)劃、業(yè)務指配和維護的自動化，從而降低運維成本，并且可以解決實時、準確維護傳輸網資源難題，避免資源擱淺；具備網絡和業(yè)務的快速保護恢復能力，使網絡在出問題時仍能維持一定水準的業(yè)務；具有快速業(yè)務提供和拓展能力，便于引入新的業(yè)務類型，諸如按需帶寬業(yè)務（BoD）、分級的差異化帶寬業(yè)務、波長出租、光虛擬專用網（OVPN）等，使傳統(tǒng)的傳送網向業(yè)務網方向演進。
受上述優(yōu)點的吸引，AT&T、BT、NTT、Vodafone和Verizon等電信運營商已經成功地在網絡中引入ASON。其中AT&T已經在全網部署了200多個節(jié)點，計劃擴展到300個節(jié)點。ASON的一個重要發(fā)展和應用趨勢是引入多種數(shù)據業(yè)務接口（VoIP、VoD、互聯(lián)網等），提供以太網功能，演變成為所謂的多業(yè)務匯聚節(jié)點。英國電信的ASON定位就是這樣的。
然而，從更長遠的視角看，隨著IP業(yè)務量的持續(xù)大幅度攀升，目前基于光/電/光變換的光交叉設備將不能滿足發(fā)展的需要，全光交叉設備將可能在未來5～15年逐漸成為干線網上的核心節(jié)點設備。全光節(jié)點可以徹底消除光/電/光設備產生的帶寬瓶頸，保證網絡容量的持續(xù)擴展性；省去昂貴的光電轉換設備，大幅度降低建網和運營維護成本；可以實現(xiàn)網絡對客戶層信號的透明性，支持不同格式或協(xié)議的信號；可以避免光電轉換環(huán)節(jié)及復雜的時隙指配過程，加快高速電路的指配和業(yè)務供給速度；以實現(xiàn)在波長級靈活組網的目的；可以實現(xiàn)快速網絡恢復，改進網絡的生存性和質量；可以避免單純IP層聯(lián)網所帶來的低效率，提高網絡資源的利用率，提供靈活、高效的組網能力和對物理層大故障的快速恢復能力。隨著網絡業(yè)務量的迅速增長和網絡規(guī)模的持續(xù)擴展，從電聯(lián)網逐漸走向光聯(lián)網將是歷史的必然，電聯(lián)網將逐步撤退到網絡的邊緣和接入部分。
總體上看，首先看傳送面，光/電/光硬件交換平臺已經完全成熟商用，大規(guī)模全光交換平臺的可靠性還有待實踐考驗，帶寬顆粒大，容量需求還不足。其次看控制面，標準已經基本成熟。實際測試表明，E-NNI已經可以實現(xiàn)跨廠商設備的傳送面電路配置，但是還無法實現(xiàn)跨廠商設備的控制面保護恢復。簡言之，單域控制面已經比較成熟，各廠商設備基本具備鄰居自動發(fā)現(xiàn)、網絡拓撲自動發(fā)現(xiàn)和動態(tài)更新等主要功能。最后看管理面，控制面的引入使ASON的網管功能弱化，部分功能移交給控制面完成，有利于多廠商網管互通，估計不會成為制約ASON應用的主要因素。目前，管理面主要是SC的管理功能不完善，多數(shù)廠商設備尚不能提供SC業(yè)務的計費信息。另外，跨域的管理功能還比較弱。
3、下一代ROADM的發(fā)展和應用
可重構光分插復用器（ROADM）并不是一個新概念，最簡單的形式就是在WDM環(huán)結構上能夠遠程控制分插所需上下路波長的二維ROADM。近來，互聯(lián)網流量的持續(xù)高速增長，特別是P2P和視頻流量的快速增長，對網絡的容量和組網靈活性提出了很高的要求，再加上技術的不斷進步和成本的不斷下降，這種可以動態(tài)實現(xiàn)任意波長上下路的靈活組網設備ROADM開始受到業(yè)界的關注，并在北美地區(qū)率先得到應用。
ROADM的主要優(yōu)點如下。
●消除電設備產生的帶寬瓶頸。從目前的傳送網來看，無論節(jié)點還是鏈路的容量增長速度均無法趕上IP業(yè)務量的增長速度，而純光的ROADM可以保證網絡容量的持續(xù)擴展性。
●實現(xiàn)對客戶層信號的透明性。取消網絡中的光電轉換設備后，可以透明地支持任意速率、格式或協(xié)議的客戶層信號，包括基于以太網、SDH和OTN的40 Gbit/s以信號和未來的100 Gbit/s信號。對于當前面臨的未來發(fā)展不確定的復雜形勢，這種透明性有利于維持基礎設施的長期穩(wěn)定性。
●簡化和加快高速電路的指配和業(yè)務提供速度。減少了光電轉換環(huán)節(jié)，可以遠程實現(xiàn)任意波長的靈活、動態(tài)上下路，從而減少電路配置時間，加快業(yè)務提供速度，降低人工操作的失誤概率，有效地改進業(yè)務量疏導。
●降低建網和運營維護成本。通過簡化網絡的層次和結構，減少網元數(shù)和昂貴且耗電的光電轉換設備數(shù)，從而簡化網絡的管理和規(guī)劃，這樣既可以降低建網費用，又能夠大幅度減少網絡維護運行、擴容升級、地產和電源成本。
●便于向網狀網演進。從點到點WDM系統(tǒng)向網狀網演進是光網絡拓撲變化的必然趨勢。然而，這一演進不是一蹴而就的，需要具備包括物理基礎設施在內多方面的條件。初期，可以利用ROADM實現(xiàn)點到點WDM系統(tǒng)向環(huán)型網的演進。這是相對簡單的一步，卻能提供包括光層保護能力在內的一系列好處，同時為下一步向網狀網的平滑演進奠定較好的基礎。
ROADM的實現(xiàn)技術很多，大致可以分為3代。第一代采用波長阻塞（WB）技術，具有較寬的通帶，可以支持較高的通路數(shù)和較窄的通路間隔，但是元件數(shù)多、成本較高，應用日漸減少。第二代采用平面光波導電路（PLC）技術，是全集成解決方案，具有損耗低、成本低、密度高、適合大規(guī)模生產的特點，適用于二維ROADM，可以升級到網狀。第三代基于多端口波長選擇開關（WSS）技術，具有插入損耗低、體積小、成本低的特點，真正實現(xiàn)了波長可重構，具有較高的組網靈活性和經濟性，其應用日益廣泛，市場份額已經超過一半。
ROADM通常應用在長途網領域，特別是存在大量需要上下路一定波長的節(jié)點場合，目前正向城域網領域擴展。隨著網絡流量的不斷攀升和日益動態(tài)化，具有靈活、動態(tài)聯(lián)網功能的ROADM的應用前景將變得更加明朗。但是任何一種網絡技術的應用都需要仔細考慮現(xiàn)有網絡的特點、對維護管理體制的適應性以及其他競爭性新技術的比較，才有可能獲得最有效、合理的應用，這方面還需要有橫向和縱向層面的深入分析。
4、城域電信級以太網成為匯聚和接入層的重要發(fā)展方向。
核心網問題解決后，城域網正成為全網的帶寬和業(yè)務提供瓶頸。解決此問題有多種技術手段，但從技術焦點看，多種技術解決方案爭論的實質是核心網技術與用戶駐地網技術陣營在城域網領域的競爭。一方面，代表核心網技術的SDH和路由器，或者說代表面向連接的TDM和路由MPLS技術在不斷改進，增強數(shù)據支持能力，向網絡邊緣拓展，爭奪二層交換機市場；另一方面，代表用戶駐地網技術的以太網，或者說代表無連接技術的以太網也在不斷改進和創(chuàng)新，增強電信級的性能和功能，向城域網擴展，壓縮SDH和路由器的市場。現(xiàn)有解決方案沒有一個可以滿足目前所有的要求。但是可以預料到基本的趨勢是：電信級以太網技術將大量侵蝕傳統(tǒng)SDH和路由器在城域網接入匯聚層的市場，而MPLS技術將隨著VPN和IPTV等新業(yè)務的開展向城域網邊緣拓展，同時兩者結合的解決方案將不斷涌現(xiàn)，典型代表有虛擬專用局域網業(yè)務（VPLS）和傳送MPLS（T-MPLS）。
下面簡要介紹PBB（網絡提供商骨干橋）/PBT、VPLS和T-MPLS 3種主流的城域聯(lián)網新技術。
4.1 PBB/PBT技術
PBB技術的基本思路是將用戶的以太網數(shù)據幀再封裝一個運營商的以太網幀頭，形成兩個MAC地址。PBB的主要優(yōu)點是：具有清晰的運營網和用戶間的界限，可以屏蔽用戶側信息，實現(xiàn)二層信息的完全隔離，解決網絡安全性問題；在體系架構上具有清晰的層次化結構，理論上可以支持1600萬用戶，從根本上解決網絡擴展性和業(yè)務擴展性問題；規(guī)避了廣播風暴和潛在的轉發(fā)環(huán)路問題：無需擔心VLAN和MAC地址與用戶網沖突，簡化了網絡的規(guī)劃與運營；采用二層封裝技術，無需復雜的三層信令機制，設備功耗和成本較低；對下可以接入VLAN或SVLAN，對上可以與VPLS或其他VPN業(yè)務互通，具有很強的靈活性，非常適合接入匯聚層應用；無連接特性特別適合經濟地支持無連接業(yè)務或功能，如多點對多點VPN（E-LAN）業(yè)務、IPTV的組播功能等。PBB的主要缺點是：依靠生成樹協(xié)議進行保護，保護時間和性能都不符合電信級要求，不適用于大型網絡；依然是無連接技術，OAM能力很弱；內部不支持流量工程。
在PBB的基礎上，關掉復雜的泛洪廣播、生成樹協(xié)議以及MAC地址學習功能，增強一些電信級OAM功能，即可將無連接的以太網改造為面向連接的隧道技術，提供具有類似SDH可靠性和管理能力的硬QoS和電信級性能的專用以太網鏈路，這就是所謂的PBT（網絡提供商骨干傳送）技術，又稱PBB-TE。
PBT技術的顯著特點是擴展性好。關掉MAC地址學習功能后，轉發(fā)表通過管理或者控制平面產生，從而消除了導致MAC地址泛洪和限制網絡規(guī)模的廣播功能；同時，PBT技術采用網管/控制平面替代傳統(tǒng)以太網的“泛洪和學習”方式來配置無環(huán)路MAC地址，提供轉發(fā)表，這樣每個VID僅具有本地意義，不再具有全局惟一性，從而消除了12 bit（4 096）的VID數(shù)限制引起的全局業(yè)務擴展性限制，使網絡具有幾乎無限的隧道數(shù)目（260）。此外，PBT技術還具有如下特點：轉發(fā)信息由網管/控制平面直接提供，可以為網絡提供預先確知的通道，容易實現(xiàn)帶寬預留和50 ms的保護倒換時間；作為二層隧道技術，PBT具備多業(yè)務支持能力；屏蔽了用戶的真實MAC，去掉了泛洪功能，安全性較好；用大量交換機替代路由器，消除了復雜的IGP和信令協(xié)議，城域組網和運營成本都大幅度下降；將大量IEEE和ITU定義的電信級網管功能從物理層或重疊的網絡層移植到數(shù)據鏈路層，使其能基本達到類似SDH的電信級網管功能。
然而，PBT存在N²問題，需要大量連接，管理難度加大；其次，PBT只能環(huán)型組網，靈活性受限；再次，PBT不具備公平性算法，不太適合寬帶上網等流量大、突發(fā)較強的業(yè)務，容易存在設備間帶寬不公平占用問題；最后，PBT和PBB多了一層封裝，在硬件成本上必然要付出相應的代價。
鑒于PBB和PBT可以共存于同樣的端口和網絡，如果將PBB和PBT結合應用，實現(xiàn)兩者的優(yōu)勢互補或許是一種萬全的解決方案。此時可以利用PBB的無連接特性支持無連接業(yè)務（如IPTV的組播功能和E-LAN業(yè)務等），再利用PBT面向連接的特性支持點到點連接性業(yè)務，例如高速互聯(lián)網接入（如點到點VPN（E-Line）、語音、VoD、帶寬批發(fā)等業(yè)務）。
4.2 VPLS技術
VPLS是在點到點MPLS基礎上進一步發(fā)展而成的多點互聯(lián)的二層VPN技術，將廣域網的MPLS擴展到以太網的接入層。從用戶角度看，仿佛所有站點都連至一個專有LAN；從業(yè)務提供者角度看，可以重新利用IP/MPLS基礎設施來提供多種業(yè)務。VPLS基于MPLS，采用兩層MPLS標簽封裝，獨立于具體物理拓撲，且能支持任意的邏輯拓撲，具有較高的組網靈活性，還可以利用MPLS的流量工程實現(xiàn)資源配置的最佳化；VPLS利用快速重選路由（FRR）技術，可以實現(xiàn)50 ms的保護倒換時間；VPLS不僅屏蔽了用戶的真實MAC，還支持2/3/4層可擴展的ACL（訪問控制列表）能力和每用戶的ACL控制，提供了較安全的控制和策略機制；VPLS提供分層的VPLS（HVPLS），進一步改進了擴展性，使用戶數(shù)可擴展到百萬級；VPLS能夠區(qū)分并保證每用戶中的不同業(yè)務流量，網絡業(yè)務配置簡單，業(yè)務提供快。簡言之，VPLS在服務質量和流量工程方面比MAC in MAC更好，很適合網絡邊緣層的應用。
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